Розглянуто конструкції побутових ножових інструментів і умови їх застосування при різанні. Визначено чинники, поєднання яких забезпечує найбільшу ефективність процесу в різних умовах.

Анотація наукової статті з механіки і машинобудування, автор наукової роботи - Оборін Лев Олександрович


Область наук:
  • Механіка і машинобудування
  • Рік видавництва: 2010
    Журнал: Техніко-технологічні проблеми сервісу

    Наукова стаття на тему 'Аналіз кутів різання побутових ножових інструментів'

    Текст наукової роботи на тему «Аналіз кутів різання побутових ножових інструментів»

    ?УДК 64-8

    АНАЛІЗ УГЛОВ РІЗАННЯ ПОБУТОВИХ ножових

    ІНСТРУМЕНТІВ

    Л.А. Оборін1

    Санкт-Петербурзький державний університет сервісу та економіки (СПбГУСЕ),

    191015, Санкт-Петербург, вул. Кавалергардський, 7

    Розглянуто конструкції побутових ножових інструментів і умови їх застосування при різанні. Визначено чинники, поєднання яких забезпечує найбільшу ефективність процесу в різних умовах.

    Ключові слова: заточка побутових інструментів; кут різання; кут загострення; зусилля впровадження;

    Говорячи про побутову техніку, слід пам'ятати, що одним з перших інструментів або знарядь праці для людини в усі часи був ніж. З давніх часів людство совершенствовало його конструкцію, пристосовуючи для своїх специфічних потреб, а іноді (на жаль) перетворюючи в зброю.

    Різні лезові і ножові інструменти широко використовуються в усіх галузях, представляючи собою лише віддалену схожість з нашим повсякденним кухонним ножем. У справі вдосконалення лезових інструментів особливо просунулася металообробна промисловість. Йде постійна боротьба за збільшення продуктивності і якості обробки, а разом з цим, за поліпшення працездатності інструменту. Підвищують міцність, зносостійкість, гостроту і інші його характеристики.

    Однак, як повелося не тільки в Радянській державі, а й за кордоном, побутовим інструментам надавали мало значущості, всіляко піднімаючи промисловість. За прикладом іноземців в сучасній Росії побутовим лезовий інструментом часто займаються люди, які не мають спеціальної освіти, але вважають це простою справою і способом швидкого збагачення. Знос побутового інструменту не великий, а порівняно невелика його ціна не призводять до високої конкуренції виробників. Відповідно, мало проводяться спеціальні дослідження, а часто, навіть не залучаються грамотні фахівці.

    Тому в домашніх умовах багатьом доводиться користуватися швидко затуплюють ножами, що не заточують, а викидають. Це здалося настільки вигідно виробникам, що вони стали випускати господарські ножі з лезами, затупілась частина яких обламують за спеціальними канавках, завдяки чому лезо оновлюється до сумнівної гостроти. Для багатолезових інструментів також пропонується їх заміна замість заточки. У зв'язку з цим заточка побутових інструментів не вигідна приватним підприємцям, і число заточних майстерень не росте.

    Порівняно невелика кількість фірм досліджують питання раціонального загострення лезових інструментів, покольку це може знизити енерговитрати на різання, наприклад, в електробритвах, м'ясорубки, подрібнювачах тощо.

    Виходячи з вищевикладеного, на кафедрі «Сервіс торгового обладнання та побутової техніки» СПбГУСЕ доводиться займатися питаннями вдосконалення кутів різання і конструкцій побутових ножових інструментів. Тому розглянемо деякі історичні аспекти теорії різання.

    Загальновідомо, що кутові параметри ріжучих інструментів впливають на зусилля різання і якість обробки. У металообробці значення кутів різання розглядають (рис.1) в різних площинах:

    - в площині К-К нормальної

    ріжучої кромці різця, якою користуються при виготовленні і заточенню лез.

    - в площині D-D, нормальної до поверхні обробки і збігається з вектором відносної швидкості руху даної точки різця;

    о. » ^ / / Fe 1 - ti А / С ^ V

    / V - Г / \ fry *

    L -1 -Z ^ Zг

    Малюнок 1 - Приклад вимірювання кутів різання і загострення різця в різних площинах

    Розглядаючи кути різання в площині руху різця, вчені давно помітили, що зменшення зусилля різання в цьому випадку відбувається в результаті «кінематичного загострення різця». Як видно з рис.1, кути загострення Z /? D і різання А8В в площині руху Б набувають найменші значення.

    Ще в 1933 році проф. С.Ф. Глібов писав з цього приводу: «Зменшення дійсного кута різання шляхом нахилу леза до напрямку руху всім відомо з повсякденного життя. Коли ми, наприклад, ріжемо хліб звичайним ножем, ми ніколи не ведемо ніж перпендикулярно його лезу, але завжди рухаємо його зразок пилки - вперед або назад. В результаті чого напрямок руху ножа становить з напрямком леза ножа дуже маленький кут, близький до нуля. Его призводить до зменшення кута різання, і ми як би ріжемо ножем, значно більш гострим, ніж звичайне загострення клинка ». [1]

    Зазначене зменшення кута різання особливо важливо з огляду на те, що воно дає всі вигоди зменшення тиску

    внаслідок меншого кута різання при збереженні кута загострення, завдяки чому, зменшуючи тиск, ми не втрачаємо ні в стійкості різця, ні в здатності його відводити теплоту.

    Вказана обставина наочно видно з рис.2.

    до

    Малюнок 2 - Перетини клинка ножа

    нормальної площиною N і площиною В

    Пізніше, в 1945 році проф. А.М. Розенберг [2] встановив залежність цих кутів з усадкою стружки при обробці металів і інших матеріалів.

    Паралельно з ним проф. А.Е. Грубе [3] вивчав подібні питання для обробки деревних матеріалів і опублікував їх в 1949 році.

    Подальші дослідження в значній мірі розвинули зроблені відкриття і забезпечили розвиток і вдосконалення лезових інструментів.

    Розглянемо простий приклад розрахунку впливу динамічних кутів різання на силові витрати. Припустимо, що ми будемо впроваджувати ніж тільки тиском Q в напрямку, нормальному до його лезу (рис.3, а).

    Зі схеми дії сил (рис.3) видно, що необхідне зусилля різання може бути визначено з наступного виразу:

    О = Мр + 2 # [8т5дг + ц совб ^ ДГ],

    (1)

    де: Np - тиск з боку леза на матеріал в зв'язку з реальною його гостротою, яка визначається шириною контактної площадки леза; N - нормальні тиску з боку граней клинка на матеріал; Т7 - сили тертя, рівні N р .; 6_дг -кут різання, вимірюваний в нормальній

    площині; 6 уу = Ц, де (3 - кут загострення клинка.

    Малюнок 3 - Аналіз дії сил з боку ножа на матеріал: а і б - при

    впровадженні в напрямку, нормальному до різальної кромки; в - при русі клинка в напрямку, нормальному до різальної кромки VN і вздовж її VS

    У процесі різання ніж, внаслідок наявності контактної площадки на лезі, яка характеризується граничною гостротою, мне зустрінутий їм матеріал. Просуванню ножа перешкоджають сили тертя F, які сприяють поширенню загальної деформації матеріалу в бічному напрямку. Руйнування матеріалу відбудеться, коли напружений стан перевершить межа міцності. У зв'язку з цим для полегшення процесу руйнування матеріалу доцільним є зменшення сили тертя, зокрема її вертикальної складової, що діє в напрямку перерізання. Остання обставина забезпечується поздовжнім протяжністю ножа.

    З рис. 3 в видно, що зусилля впровадження клина при його протягуванні можна визначити виразом:

    О = Np + 2 iVj + 2 Fy = Np + 2N sin8 ^ +

    +2 N / л sin ф cos 5d = Np + + 2jV [sin8 ^ + ц sincp cos<5d] (2)

    Порівняємо вираз (2) з раніше виведеним для випадку різання (1) ножем, коли він рухається тільки в напрямку, нормальному до ріжучого лезу. Зі схеми (рис.3, в) і отриманих виразів видно, що загальне значення зусилля впровадження клина в вертикальному напрямку зменшується за рахунок зменшення другого члена, укладеного в дужки. Це доводить, що складова зусилля впровадження ножа при поздовжньої протяжке зменшується у зв'язку зі зменшенням вертикальної складової сили тертя.

    Подібні розрахунки різної складності здійснюють для визначення необхідних параметрів багатьох лезових інструментів. Наприклад, на рис.4 представлені сітка і ніж електробритви, енергоємність яких зменшена на 10 ... 15 шляхом підбору кутів різання.

    Малюнок 4 - Сітка і ніж електробритви з раціональними кутами різання

    Розглянемо також спосіб заточування лез зі западинами по товщині полотна. Цей старовинний фігурний спосіб заточки в народі називали "фістоном" (рис.5). Тут на відміну від пилки ріжучакромка зберігалася прямий.

    При різанні такими лезами з'являється додаткове поперечне тиск на матеріал обробки і, крім того, кут загострення безперервно змінюється в процесі різання. Це істотно покращує процес різання.

    Подібним способом заточували і "самурайські мечі" в Японії (рис.6)

    Малюнок 6 - Заточка леза "самурайського меча"

    Заточка "фістоном" зараз часто застосовується для ножів прямих (рис. 7) (кухонних) і дискових (для слайсерів, скиборізок, хліборізок і т.п.).

    Оригінальний результат отримали Заточника Бразильської фірми Tra-montina, досягаючи ребристою бічній поверхні лез шляхом штриховий чорновий заточки (рис.7).

    Рісунок7 - Заточка ножа фірми Tramontina

    Таким чином, ефективність процесу різання залежить не тільки від значень кутів заточування (загострення) лез ріжучого інструменту, але і від динаміки різання, тобто швидкості руху різців.

    Наведені тут приклади показують, що в кожному конкретному випадку оптимальні умови можуть бути забезпечені різними поєднаннями обох названих параметрів.

    література

    1. Глєбов С. Ф., Теорія найвигіднішого різання металів. -М: Госмашіздат, 1933, стор. 75 ... 76.

    2. Розенберг A.M., Динаміка фрезерування, -М: Радянська наука, 1945, стор. 46 ... 55.

    3. Грубе А.Е. Верстати та інструменти по деревообробці. Том 2: різальні інструменти по механічній обробці деревини. -М-Л: Гослес-буміздат, 1949р., -700с.

    1 Оборін Лев Олександрович, кандидат технічних наук, доцент кафедри «Сервіс торгового обладнання та побутової техніки», тел. :( 812) 3624289


    Ключові слова: заточка побутових інструментів / КУТ РІЗАННЯ / кут загострення / зусилля впровадження

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити